[发明专利]一种电压钳位电路

说明书

本发明涉及一种电压钳位电路和碳化硅MOSFET导通损耗的测量系统及方法，所述电压钳位电路包括：场效应晶体管、栅极电阻、驱动信号源、源极电阻和齐纳二极管；当待测碳化硅MOSFET关断时，齐纳二极管击穿导致场效应晶体管断开，由场效应晶体管承担待测碳化硅MOSFET的大部分关断电压，电压测量正极端子和电压测量负极端子之间只有小部分的关断电压，将待测碳化硅MOSFET的关断电压限制为一个较小的值，从而可减小示波器的测试量程，在提高导通电压测量精度的同时避免示波器的饱和现象。

技术领域

本发明涉及半导体器件测量技术领域，特别是涉及一种电压钳位电路和碳化硅MOSFET导通损耗的测量系统及方法。

背景技术

与硅材料相比，碳化硅材料的禁带宽度更高、临界击穿场强更大、热导率更高。这些优异的材料特性使得碳化硅功率半导体器件具有更高的阻断电压、更低的导通电阻。包括碳化硅MOSFET在内的碳化硅功率半导体器件能够适应在高温、高压、高频条件下的应用。近年来，碳化硅MOSFET逐渐应用于高密度和高效率的电力电子变换器。然而，电力电子变换器的高频化和大容量应用却为其可靠性带来了更大挑战。变换器内部的碳化硅MOSFET过热失效是造成变换器损坏的主要原因之一。为了确定电力电子变换器的散热方案，确定碳化硅MOSFET器件的功率损耗非常重要。不正确的功率损耗测量会导致热管理系统的错误设计，这会影响设备的可靠性，导致设备过早失效。目前，比较精确的获得功率损耗的方法是直接测量碳化硅MOSFET器件两端的电压和流经器件的电流，对他们的乘积进行积分，从而获得功率损耗。功率损耗包括导通损耗和关断损耗，使用该方法计算导通损耗时，准确测得器件的导通电压vds_on十分困难。这与碳化硅MOSFET的工作特性密切相关，碳化硅MOSFET应用时，往往交替地工作在导通状态和关断状态。当器件处于关断状态时，漏源极电压vds_off较大，可达几百至上千伏。当器件处于导通状态时，漏源极电压vds_on只有几伏。碳化硅MOSFET的漏源极电压是连续变化的，不能单独测量导通电压。因此，测量碳化硅MOSFET的漏源极电压波形时，示波器的量程必须设置的足够大以达到关断电压的级别。然而，这样的设置会导致较大的导通电压测量误差，甚至可能因为噪声的影响导致导通电压测量结果为负值。如果不考虑碳化硅MOSFET的关断电压，将示波器的量程设置成较小的值以提高导通电压的测量精度，由于“示波器饱和”现象的存在，仍然不能得到准确的导通电压测量结果。如何在避免“示波器饱和”的同时避免由于示波器设置的量程过大导致的导通电压测量误差较大的问题，在提高导通电压测量精度的同时避免“示波器饱和”的现象，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供电压钳位电路和碳化硅MOSFET导通损耗的测量系统及方法，以将碳化硅MOSFET的关断电压钳位在一个较小的值，从而减小示波器的测试量程，在提高导通电压测量精度的同时避免示波器的饱和现象，同时提高碳化硅MOSFET导通电压和导通损耗的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电压钳位电路，所述电压钳位电路用于测量碳化硅MOSFET的导通损耗；所述电压钳位电路包括：场效应晶体管、栅极电阻、驱动信号源、源极电阻和齐纳二极管；

所述场效应晶体管的漏极连接电路引出正极端子，所述场效应晶体管的源极连接电压测量正极端子；

所述驱动信号源的负极连接电路引出负极端子、源极电阻的一端和电压测量负极端子；

所述驱动信号源的正极连接栅极电阻的一端，所述栅极电阻的另一端与所述场效应晶体管的栅极连接；

所述源极电阻的另一端与所述齐纳二极管的阳极连接，所述齐纳二极管的阴极连接所述电压测量正极端子。

可选的，所述场效应晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

可选的，所述测量系统包括双脉冲测试电路和电压钳位电路；

待测碳化硅MOSFET设置在所述双脉冲测试电路中；